JPH1141811A - 電力貯蔵装置 - Google Patents

電力貯蔵装置

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JPH1141811A
JPH1141811A JP9196063A JP19606397A JPH1141811A JP H1141811 A JPH1141811 A JP H1141811A JP 9196063 A JP9196063 A JP 9196063A JP 19606397 A JP19606397 A JP 19606397A JP H1141811 A JPH1141811 A JP H1141811A
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JP
Japan
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inverter
capacity
secondary battery
voltage
interconnection
Prior art date
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Pending
Application number
JP9196063A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoshi Tada
知史 多田
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷率の平準化などのために用いられ、2次
電池を有する電力貯蔵装置において、インバータによる
損失を低減する。 【解決手段】 2次電池17に対して、定格容量に等し
い容量の大容量インバータ15の直流入力端と、前記2
次電池17の電圧低下分に対応する容量の中容量インバ
ータ16の直流入力端とを並列に接続し、それら2つの
インバータ15,16の交流出力端からの出力電圧を、
1次側が相互に直列に接続された連系トランス13,1
4によって合成して、系統12へと供給する。前記大容
量インバータ15をスイッチング損失の少ない方形波イ
ンバータとし、前記中容量インバータ16を応答性の良
好なPWMインバータとする。したがって、応答性を確
保しつつ、PWMインバータ単体による構成に比べて、
損失を低減して、高効率化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2次電池を用い
て、負荷率の日較差を調整して、前記負荷率を平準化す
るためなどに用いられる電力貯蔵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、典型的な従来技術の電力貯蔵装
置1の電気的構成を示す単相結線図である。系統2の電
力は、夜間や早朝などの負荷率の低い時間帯において、
連系トランス3から、インバータ4を整流モードで運転
することによって整流・平滑化されて、2次電池5に貯
蔵されている。これに対して、昼間の前記負荷率の高い
時間帯には、2次電池5に貯蔵されていた電力は、イン
バータ4において、直流から3相交流に変換されて、連
系トランス3を介して、前記系統2へ供給される。
【0003】上述のように構成される電力貯蔵装置1に
おいて、系統2の定格電圧をVsとし、インバータ4の
出力電圧をVoとし、連系トランス3のインダクタンス
をXとするとき、電力貯蔵時には、 I=(Vs−Vo)/jX …(1) の連系電流が流れ、電力供給時には、 I=(Vo−Vs)/jX …(2) の連系電流が流れる。
【0004】すなわち、電力貯蔵時には、図5(a)で
示すように、連系トランス3で生じる前記インダクタン
スXによる電位差ΔVに対して、連系電流Iは、90°
遅れとなり、系統2からインバータ4へ連系電流が流
れ、電力供給時には、図5(b)で示すように、連系ト
ランス3の前記インダクタンスXによる電位差ΔVに対
して、連系電流Iは、90°遅れとなり、出力電圧Vo
を調整することによって、前記連系電流Iを所望とする
定格電流に制御することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記2次電池5は、貯
蔵しているエネルギー量に対応して、その端子電圧が変
化する。これに対して、電力供給時の出力電圧Voは、
前記2次電池5の端子電圧の変動に拘わらず、系統電圧
に維持することが要求される。
【0006】したがって、たとえば2次電池5の端子電
圧Edに許容することができる変動範囲を定格電圧Ed
oの60〜100%とするとき、最も低下した電圧 Edc=Edo×0.6 …(3) であるときに、出力電圧Voを所定の定格電圧とするた
めには、2次電池5の放電電流Idcは、定格電流Id
oに対応して、 Idc=Ido/0.6=Ido×1.67 …(4) が必要となる。
【0007】したがって、インバータ4の直流容量に
は、定格容量の167%の容量が必要となる。ところ
が、前記電圧変動に対する応答性を確保するために、イ
ンバータ4は、パルス幅変調(PWM:Pulse W
idth Modulation)インバータであり、
損失が大きく、たとえば5%にも及ぶという問題があ
る。
【0008】本発明の目的は、インバータによる損失を
低減することができる電力貯蔵装置を提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電力貯蔵装
置は、2次電池を用いる電力貯蔵装置において、前記2
次電池に直流入力端が接続され、系統周波数と等しい動
作周波数の方形波インバータから成り、定格容量に略等
しい容量の大容量インバータと、前記大容量インバータ
と並列に前記2次電池に直流入力端が接続され、系統周
波数よりも充分高い周波数のパルス幅変調インバータか
ら成り、前記2次電池の電圧変動幅に対応した容量の中
容量インバータと、2次側が前記大容量インバータの交
流出力端に接続される第1の連系トランスと、2次側が
前記中容量インバータの交流出力端に接続される第2の
連系トランスとを含み、前記第1および第2の連系トラ
ンスの1次側が直列接続されて電力を入出力することを
特徴とする。
【0010】上記の構成によれば、定格容量分の容量
を、スイッチング損失が少ない方形波インバータで実現
される大容量インバータに持たせておき、2次電池の端
子電圧低下による前記大容量インバータからの出力電圧
の低下分を、応答性の良好なパルス幅変調インバータで
実現される中容量インバータで補償する。すなわち、2
つのインバータの直流入力端を並列に2次電池に接続
し、交流出力端を、1次側が相互に直列接続されている
第1および第2の連系トランスの2次側にそれぞれ接続
する。
【0011】したがって、2次電池の端子電圧の変動幅
を、定格電圧のたとえば60〜100%とすると、大容
量インバータ側で発生される電圧は、定格電圧の60〜
100%となり、中容量インバータ側で発生される電圧
は、前記定格電圧の40〜0%となり、大部分の容量を
低損失な大容量インバータに負担させ、変動分の容量を
応答性の良好な中容量インバータに負担させることにな
る。
【0012】これによって、良好な応答性を確保しつ
つ、インバータによる損失を低減して、高効率化を図る
ことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図1〜図3に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【0014】図1は、本発明の実施の一形態の電力貯蔵
装置11の電気的構成を示す単相結線図である。夜間や
早朝などの負荷率の低い時間帯において、系統12の電
力は、連系トランス13,14およびインバータ15,
16を介して入力され、2次電池17に貯蔵されてい
る。これに対して、昼間の負荷率の高い時間帯には、2
次電池17に貯蔵されていた電力は、大容量インバータ
15によって3相交流に変換されて、連系トランス13
を介して系統12へ供給されるとともに、中容量インバ
ータ16によって3相交流に変換され、連系トランス1
4を介して前記系統12に供給される。なお、特に図示
していないが、高調波低減のためのフィルタが設けられ
ることもある。
【0015】前記大容量インバータ15と中容量インバ
ータ16とは、その直流入力端が2次電池17に並列に
接続され、交流出力端が連系トランス13,14の2次
側にそれぞれ接続されている。これに対して、連系トラ
ンス13,14の1次側は、相互に直列に接続されてい
る。
【0016】したがって、系統12の定格電圧をVsと
し、連系トランス13のインダクタンスをX1とし、連
系トランス14のインダクタンスをX2とし、大容量イ
ンバータ15によって連系トランス13の1次側に発生
される出力電圧をVo1とし、中容量インバータ16に
よって連系トランス14の1次側に発生される出力電圧
をVo2とするとき、電力貯蔵時には、 I=〔Vs−(Vo1+Vo2)〕/j(X1+X2) …(5) の連系電流が流れる。
【0017】これに対して、電力供給時には、 I=〔(Vo1+Vo2)−Vs〕/j(X1+X2) …(6) の連系電流が流れる。
【0018】本発明では、2次電池17の端子電圧Ed
の低下による大容量インバータ15の出力電圧Vo1の
低下分を、図示しない制御回路によって中容量インバー
タ16を制御することによって、該中容量インバータ1
6による出力電圧Vo2によって補償する。
【0019】図2は、インバータ15,16の一構成例
を模式的に示す電気回路図である。これらのインバータ
15,16は、スイッチング素子として、たとえばGT
O(Gate Turn Off)サイリスタを用いる
インバータであり、スイッチング素子S1,S2の直列
回路と、スイッチング素子S3,S4の直列回路との両
端が、直流入力端として、相互に並列に前記2次電池1
7に接続され、スイッチング素子S1,S2の接続点
と、スイッチング素子S3,S4の接続点とが、交流出
力端とされて構成されている。
【0020】大容量インバータ15は、動作周波数が系
統周波数であって、スイッチングによる損失の少ない方
形波インバータであり、前記図示しない制御回路によっ
て、その出力電圧Vo1が、系統電圧Vsに対して所定
の進み位相となるように、前記スイッチング素子S1,
S4またはスイッチング素子S2,S3が選択的に導通
されて、点弧角制御される。
【0021】図3(a)に、この大容量インバータ15
の出力波形の一例を示す。この図3(a)において、参
照符α1は大容量インバータ15からの矩形波パルスで
あり、参照符α2は系統電圧である。
【0022】また、中容量インバータ16は、スイッチ
ング周波数が高く、応答性の良好な前記PWMインバー
タであり、前記制御回路によって、前記系統周波数より
も充分高い、たとえば800Hzの動作周波数で駆動さ
れており、前記制御回路は、2次電池17の端子電圧E
dが定格電圧であるときには、この中容量インバータ1
6のパルス幅を零とし、前記端子電圧Edが最も低下し
た状態で、前記パルス幅を最大とする。
【0023】図3(b)に、この中容量インバータ16
の出力波形の一例を示す。この図3(b)において、参
照符β1は中容量インバータ16の出力パルスであり、
参照符β2は系統電圧である。
【0024】上述のように構成される電力貯蔵装置11
において、2次電池17に許容される電圧変動範囲を定
格電圧Edoの60〜100%とするとき、連系電流I
は一定のままとして、大容量インバータ15による出力
電圧Vo1の変動範囲は、定格電圧の60〜100%で
あり、これに対して、中容量インバータ16による出力
電圧Vo2の変動範囲は、40〜0%となる。したがっ
て、大容量インバータ15に必要となる容量は、定格容
量の100%となり、中容量インバータ16に必要とな
る容量は、40/60=67から、定格容量の67%と
なる。
【0025】ここで、大容量インバータ15の損失を、
たとえば1%とし、中容量インバータ16の損失を、た
とえば前述の従来技術と同様の5%とし、直流電圧をx
(0〜1pu)とすると、 損失=0.01x+0.05(1−x)=0.05−0.04x …(7) で表すことができる。したがって、最も効率の悪い状態
である直流電圧が最も低い状態でも、前述のようにx=
0.6とすると、損失は2.6%となり、従来技術の5
%に比べて、大きく改善することができる。
【0026】このようにして、電圧低下に対して良好な
応答性を確保しつつ、PWMインバータ単体による構成
に比べて、インバータによる損失を低減して、高効率化
を図ることができる。
【0027】本発明は、前記負荷率の調整だけでなく、
瞬時電圧低下を補償する無停電電源装置や、無効電力を
調整する無効電力調整装置などとしても、好適に実施す
ることができる。
【0028】
【発明の効果】本発明に係る電力貯蔵装置は、以上のよ
うに、2次電池を用いる電力貯蔵装置において、定格容
量分の容量を、スイッチング損失が少ない方形波インバ
ータで実現される大容量インバータに持たせておき、2
次電池の端子電圧低下による前記大容量インバータから
の出力電圧の低下分を、応答性の良好なパルス幅変調イ
ンバータで実現される中容量インバータで補償するよう
にし、これら2つのインバータの出力電圧を、1次側が
直列接続される第1および第2の連系トランスを介して
系統へ出力する。
【0029】それゆえ、良好な応答性を確保しつつ、パ
ルス幅変調インバータ単体による構成に比べて、インバ
ータによる損失を低減して、高効率化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の電力貯蔵装置の電気的
構成を示す単相結線図である。
【図2】図1で示す電力貯蔵装置に用いられるインバー
タの一構成例を模式的に示す電気回路図である。
【図3】図1で示す電力貯蔵装置に用いられるインバー
タの動作を説明するための波形図である。
【図4】典型的な従来技術の電力貯蔵装置の電気的構成
を示す単相結線図である。
【図5】電力貯蔵時と電力供給時とにおける電圧および
電流の関係を示すベクトル図である。
【符号の説明】
11 電力貯蔵装置 12 系統 13 連系トランス(第1の連系トランス) 14 連系トランス(第2の連系トランス) 15 大容量インバータ 16 中容量インバータ 17 2次電池

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2次電池を用いる電力貯蔵装置において、 前記2次電池に直流入力端が接続され、系統周波数と等
    しい動作周波数の方形波インバータから成り、定格容量
    に略等しい容量の大容量インバータと、 前記大容量インバータと並列に前記2次電池に直流入力
    端が接続され、系統周波数よりも充分高い周波数のパル
    ス幅変調インバータから成り、前記2次電池の電圧変動
    幅に対応した容量の中容量インバータと、 2次側が前記大容量インバータの交流出力端に接続され
    る第1の連系トランスと、 2次側が前記中容量インバータの交流出力端に接続され
    る第2の連系トランスとを含み、 前記第1および第2の連系トランスの1次側が直列接続
    されて電力を入出力することを特徴とする電力貯蔵装
    置。
JP9196063A 1997-07-22 1997-07-22 電力貯蔵装置 Pending JPH1141811A (ja)

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JPH1141811A true JPH1141811A (ja) 1999-02-12

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JP9196063A Pending JPH1141811A (ja) 1997-07-22 1997-07-22 電力貯蔵装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003088139A (ja) * 2001-09-10 2003-03-20 Nissin Electric Co Ltd 系統連系用電力変換装置及びその制御方法
JP2020043748A (ja) * 2018-09-12 2020-03-19 東芝Itコントロールシステム株式会社 電力変換システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003088139A (ja) * 2001-09-10 2003-03-20 Nissin Electric Co Ltd 系統連系用電力変換装置及びその制御方法
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